專(zhuān)利名稱(chēng)：分散性合金硬金屬組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬金屬組合物，更具體地說(shuō)本發(fā)明涉及具有改進(jìn)性能的滲碳化物組合物及其制備方法。
先有技術(shù)硬金屬是含有金屬碳化物，主要是碳化鎢，和粘結(jié)材料，一般為鈷的組合物，并且通常被認(rèn)為是滲碳化物的組合物。金屬碳化物和粘結(jié)材料以粉末形式混合在一起，擠壓，并在保護(hù)氣氛或真空中燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中，粘結(jié)材料的含量為壓塊重量的1％-25％或更高，它們形成液相并且完全包圍在金屬碳化物顆粒周?chē)?，因此達(dá)到全密度(full density)。一般認(rèn)為全密度硬金屬是實(shí)際密度大于99.5％理論密度的組合物。
所得滲碳化鎢組合物表現(xiàn)出非常高的硬度和相對(duì)高的韌性。這種組合物可廣泛用作金屬切割工具及礦山或地球鉆探工具。另外，這些組合物被用于金屬?zèng)_壓，成形和粉末壓坯方面。
已知影響全密度硬金屬組合物的硬度和韌性的兩個(gè)重要因素是粘結(jié)劑含量和所用金屬碳化物的微粒大小(顆粒大小)。組合物的粘結(jié)劑含量越高，硬度越低。相反，組合物的粘結(jié)劑含量越低，韌性越低。另外，組合物的硬度隨所用金屬碳化物顆粒尺寸減小而增加。在較低程度上，組合物的韌性隨所用金屬碳化物顆粒尺寸減小而減小。因此，迄今以前，為了用這些方法改進(jìn)組合物的其它性質(zhì)還總要犧牲其硬度或韌性。
最近，一種新的硬金屬組合物已經(jīng)由兩種或多種預(yù)混合、未燒結(jié)的硬金屬組合物(其中各組分組合物的性質(zhì)不同)形成。這種分散性合金硬金屬，組合物在美國(guó)專(zhuān)利4,956,012中有討論。其中，所選硬金屬組合物的各組成成分具有不同的顆粒尺寸，不同的粘結(jié)劑含量，不同的金屬碳化物或粘結(jié)劑，或它們的某種結(jié)合。主要是根據(jù)各組分的性質(zhì)和兼容性選擇組合物，并且在選擇時(shí)既要能利用這些組分中的優(yōu)越性能又對(duì)其它需要的性能不產(chǎn)生有害影響。例如，具有高硬度的預(yù)混合組合物可以分散在具有高韌性的第二種組合物中，使所得材料既具有接近原來(lái)較硬成分的硬度又保留基體成分的韌性。
雖然美國(guó)專(zhuān)利4,956,012公開(kāi)的硬金屬組合物是優(yōu)良組合物，但也發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行液相燒結(jié)時(shí)，粘結(jié)劑有移動(dòng)傾向，從而使各組成成分的物理性質(zhì)發(fā)生改變使彼此更相似。如果這種情況發(fā)生，所得硬金屬組合物的表現(xiàn)更象傳統(tǒng)的單一混合物而不象利用了各組分的優(yōu)良性質(zhì)。
發(fā)生在傳統(tǒng)壓片或梯度組合物燒結(jié)中粘結(jié)劑移動(dòng)的量受燒結(jié)溫度和時(shí)間影響。人們還發(fā)現(xiàn)在極低溫度下燒結(jié)可以使粘結(jié)劑移動(dòng)最小。然而，以這種方式制作的組合物經(jīng)常不能達(dá)到全密度，并且具有結(jié)構(gòu)缺陷和不同于原設(shè)計(jì)的物理性質(zhì)。總之，有必要對(duì)硬金屬組合物的形成方法加以改進(jìn)同時(shí)使粘結(jié)劑移動(dòng)造成的不良影響最小。
發(fā)明概述在本發(fā)明中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)粘結(jié)劑移動(dòng)有時(shí)發(fā)生在美國(guó)專(zhuān)利4,956,012所述的分散性合金硬金屬組合物中。粘結(jié)劑移動(dòng)主要發(fā)生在燒結(jié)期間組合物收縮時(shí)。組合物達(dá)到全密度時(shí)(移動(dòng))達(dá)到平衡。這不同于傳統(tǒng)的壓片組合物，其粘結(jié)劑移動(dòng)在達(dá)到全密度之后仍繼續(xù)移動(dòng)直至表面張力達(dá)到平衡時(shí)為止。
在傳統(tǒng)的壓片組合物中，當(dāng)一起燒結(jié)不同級(jí)別的碳化物時(shí)，當(dāng)粘結(jié)劑熱到足以液化時(shí)，它便從一種材料移動(dòng)到另一種材料。碳化鎢細(xì)小微粒相對(duì)于粗碳化物顆粒有大得多的表面積被粘結(jié)劑覆蓋。結(jié)果，如果所用粘結(jié)劑的比例對(duì)各組合物是相同的話(huà)，則粘結(jié)到碳化物微粒表面的粘結(jié)劑層將很薄，而粘結(jié)到碳化物粗粒上的鈷層就相對(duì)厚一些。
如果粘結(jié)材料層很薄，表面張力就較大，造成粘結(jié)劑從碳化物粗粒到碳化物微粒延伸或移動(dòng)。在液相時(shí)，移動(dòng)一直在傳統(tǒng)壓片組合物中進(jìn)行直到組合物的兩個(gè)粘結(jié)劑層的厚度相等。也就是說(shuō)，移動(dòng)持續(xù)到兩種材料間的表面張力達(dá)到平衡。
如果壓片組合物被冷到粘結(jié)劑不再是液體，則移動(dòng)停止。加熱該部分使移動(dòng)從停下的地方再次開(kāi)始。如果燒結(jié)溫度增加，粘結(jié)劑的表面張力和粘度減小，使得粘結(jié)劑以更快的速度移動(dòng)直到達(dá)到平衡。一旦達(dá)到平衡，各組合物的性質(zhì)就是相似的了，因此失去了組合物的意義。
當(dāng)燒結(jié)壓縮粉末時(shí)，大量收縮發(fā)生直到組合物成分達(dá)到全密度。各級(jí)別碳化物以不同速率收縮。如果燒結(jié)壓片組合物，則各組分層之一將會(huì)比其它層收縮得更多，這就引起該片兒變形或卷曲。當(dāng)粘結(jié)劑從一層移動(dòng)到另一層，由于體積變化也會(huì)引起卷曲。
根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利4,956,012形成的碳化物組合物中，其中各組分在燒結(jié)前具有相同的鈷含量，粘結(jié)劑從收縮最小的材料移動(dòng)到收縮最大的材料。雖然材料收縮不是影響粘結(jié)劑移動(dòng)的唯一因素，但它是控制各組分最終鈷含量的主要參數(shù)?？傊?，燒結(jié)時(shí)大部分碳化物微粒比碳化物粗粒收縮量大。從這一點(diǎn)講，粘結(jié)劑在這種組合物中的移動(dòng)方向與在壓片組合物中的相同，但機(jī)制或驅(qū)動(dòng)力不同。只有兩種組分的收縮相等且與顆粒尺寸無(wú)關(guān)時(shí)，根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利4,956,012形成的丸狀組合物內(nèi)才發(fā)生最小移動(dòng)。
合金硬金屬組合物組成成分的收縮可以用壓縮潤(rùn)滑劑改善。壓縮潤(rùn)滑劑可用來(lái)調(diào)節(jié)各組分材料的收縮，使收縮相等。當(dāng)收縮相等時(shí)，粘結(jié)劑的移動(dòng)幾乎完全終止。
當(dāng)對(duì)粉末金屬施加壓力時(shí)，這些金屬被壓至“綠密度(greendensity)”。當(dāng)將潤(rùn)滑劑如硬脂酸或ethomeen化合物加入該粉末金屬，金屬對(duì)擠壓的阻力減小。結(jié)果，當(dāng)將潤(rùn)滑劑進(jìn)一步加到壓件時(shí)，產(chǎn)生較大“綠密度”，其中在最后燒結(jié)期間發(fā)生的額外收縮的百分比減小。通過(guò)調(diào)整潤(rùn)滑劑的類(lèi)型和數(shù)量可以控制每種組合物成分的收縮。
通過(guò)控制粘結(jié)劑的移動(dòng)，組合物的物理性質(zhì)也得到控制。當(dāng)丸粒保持其硬度和耐磨性的同時(shí)堅(jiān)韌的基體也保持了其最佳強(qiáng)度。結(jié)果，丸狀組合物各成分的性能大大超過(guò)了用相同材料制成的壓片組合物的性能。


圖1為超微顆粒硬金屬放大1500倍的顯微照片，其中碳化鎢顆粒的直徑平均小于1微米。
圖2為中等顆粒硬金屬放大1500倍的顯微照片，其中碳化鎢顆粒的直徑平均為3-5微米。
圖3為本發(fā)明分散性合金硬金屬組合物放大150倍的顯微照片。
圖4為圖3分散性合金硬金屬組合物放大1500倍的顯微照片，它著重表現(xiàn)中等顆粒硬金屬和超微顆粒硬金屬組分之間的界面。
圖5是圖1硬金屬粉末組合物，圖2硬金屬粉末組合物和根據(jù)本發(fā)明改善的圖3硬金屬粉末組合物的收縮率圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明形成的分散性合金硬金屬組合物的期望鈷移動(dòng)與實(shí)測(cè)鈷移動(dòng)比較圖。
圖7為粗顆粒硬金屬粉末基體，未添加潤(rùn)滑劑的超微顆粒硬金屬粉末丸和添加潤(rùn)滑劑的超微顆粒硬金屬粉末丸的收縮率圖。
最好方式的詳述圖1顯示出由碳化鎢和鈷粘結(jié)劑燒結(jié)成的超微顆粒硬金屬的微觀結(jié)構(gòu)。盡管少數(shù)顆粒超過(guò)1微米，碳化鎢微粒的尺寸一般小于1微米。這種超微顆粒硬金屬粘結(jié)劑的含量為總重量的6％。該級(jí)別的超微顆粒硬金屬用在對(duì)耐磨性要求高而對(duì)抗沖擊要求不高的地方。這種硬金屬的實(shí)例是具有6％鈷和用亞微米碳化鎢平衡的Newcomer Products，Inc.GradeNP32。
圖2顯示出由鈷粘結(jié)劑包圍的碳化鎢微粒組成的燒結(jié)的中等顆粒硬金屬的微觀結(jié)構(gòu)。碳化鎢微粒的尺寸一般為3-5微米。這種中等顆粒硬金屬中的粘結(jié)劑的含量為總重量的6％。該中等顆粒硬金屬是用于高沖擊阻力的應(yīng)用的典型品位。這種硬金屬的實(shí)例是具有6％鈷和用3-5微米直徑碳化鎢平衡的Newcomer Products，Inc.Grade NP406。
圖1中的超微顆粒硬金屬是“硬”組合物。圖2中的中等顆粒硬金屬是“韌”組合物。本發(fā)明中，“韌”組合物和“硬”組合物被合并組成具有“韌”組合物的韌性和接近“硬”組合物的耐磨性的分散性合金硬金屬組合物。
本發(fā)明分散性合金硬金屬組合物是通過(guò)將圖1的“硬”組合物的未燒結(jié)球團(tuán)散布到圖2“韌”組合物的未燒結(jié)球團(tuán)中形成的。分散性合金硬金屬組合物的各組分在組分組合物被壓縮和燒結(jié)之前就分散了。分散性合金硬金屬組合物可以含有多到近50％重量的“硬”組分和用來(lái)平衡的“韌”基體組分。
任何成丸方法均可以用于生產(chǎn)所選品位的丸?；蚯驁F(tuán)。優(yōu)選方法包括搖動(dòng)成丸法，濕潤(rùn)成丸法，騰涌和成粒方法，以及噴干法。然后將“硬”和“韌”成分精確地稱(chēng)重，對(duì)預(yù)混合丸粒進(jìn)行非常輕柔的干混合以避免讓丸粒破裂。然后用常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)硬金屬組合物的壓縮和燒結(jié)。可以進(jìn)行第二次燒結(jié)，采用如等熱壓縮或低壓燒結(jié)后處理(sinter-hip)方法，以提高所得硬金屬組合物的性能。
圖3顯示出放大150倍的燒結(jié)狀態(tài)下的“硬”組分(Grade NP32)和“韌”組分(Grade N406)分布。超微顆粒組合物的球團(tuán)看起來(lái)象分布在淺色中等顆?；w中的島嶼。圖4為圖3的分散性合金硬金屬組合物放大1500倍圖。燒結(jié)在各組分之內(nèi)和不同的組分等級(jí)之間是完全的。這就得到全密度組合物。因?yàn)楦鞑糠纸M合物在達(dá)到被完全混合之前，并不發(fā)生對(duì)其的壓縮和燒結(jié)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，圖2所示的中等顆粒硬金屬比圖1所示的超微顆粒硬金屬收縮小，即超微顆粒硬金屬比中等顆粒硬金屬有更大程度收縮。因此，對(duì)于圖3所示的組合物，如果“硬”丸粒比“韌”基體收縮大，則燒結(jié)時(shí)分散的丸粒的體積將會(huì)有較大的減少。這將引起分散的丸粒部分從基體中分離出來(lái)，造成組合物中產(chǎn)生空隙。而燒結(jié)后處理或二次后處理操作可以修正這些缺陷中的大部分，最后的結(jié)果通常是得到劣質(zhì)組合物或增加生產(chǎn)成本。
分散性合金硬金屬組合物的一個(gè)實(shí)例是Newcomer Products，Inc.NJL35組合物，其含有作為“基體”的65％N406碳化物和作為分散丸粒的35％NP32碳化物。NJL35，N406和NP32的物理性質(zhì)列于下面表I表I物理性質(zhì)NJL35 N406 NP32密度15.00 15.0014.95硬度91.5 90.7 92.7TRS 425,000 425,000 380,000HC 225 160 280孔隙度 A02 A02 A02收縮最嚴(yán)重的組分將在被燒結(jié)的組合物表面產(chǎn)生齒紋或凹槽。這樣的粗糙表面對(duì)切割工具以及耐磨部件的使用是有害的。特別是，當(dāng)受到?jīng)_擊和有內(nèi)應(yīng)力時(shí)這種粗糙表面是有害的。雖然再進(jìn)行拋光可以產(chǎn)生平滑表面，但這種額外的加工并非總能實(shí)現(xiàn)或造成額外的開(kāi)銷(xiāo)。如果各組分硬金屬粉末設(shè)計(jì)成以同樣的速率收縮，則粘結(jié)劑移動(dòng)問(wèn)題以及不同收縮率引起的不利影響就都會(huì)被消除。為得到等收縮率，在施加同樣擠壓壓力情況下在“硬”粉末中加入潤(rùn)滑劑可使之收縮小于原粉末。這種潤(rùn)滑劑，優(yōu)選硬脂酸化合物如硬脂酸，在粒化該硬金屬粉末組分之前于庚烷溶劑中加到粘結(jié)劑中。通過(guò)添加此潤(rùn)滑劑使各組成部分的收縮一致，進(jìn)而防止燒結(jié)過(guò)程中的體積減小和消除粘結(jié)劑移動(dòng)。這種硬脂酸潤(rùn)滑劑可以加到組合物中代替或與正常情況下添加的石蠟一起加到粉末中進(jìn)行?；蛿D壓。
圖5為品牌稱(chēng)作NP32的“硬”碳化鎢與品牌稱(chēng)作N406的“韌”碳化鎢的收縮對(duì)比圖。當(dāng)將硬脂酸加入“硬”NP32牌組合物時(shí)，其收縮率被調(diào)整到接近于“韌”N406牌組合物的收縮率。正如圖5中實(shí)例，為使燒結(jié)過(guò)程中鈷移動(dòng)最小，由N406和NP32加硬脂酸成分組成的分散性合金硬金屬組合物應(yīng)該以約25-30噸每平方英寸的壓力壓縮或擠壓。盡管因?yàn)槭湛s在整個(gè)曲線(xiàn)上與沒(méi)有添加特殊潤(rùn)滑劑的超微粒類(lèi)型相比是相似的因而使在任何壓力下都有最小移動(dòng)發(fā)生，這個(gè)擠壓壓力仍是建立在N406收縮曲線(xiàn)與添加了硬脂酸組分的NP32收縮曲線(xiàn)的交點(diǎn)上。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)根據(jù)本發(fā)明組成的分散性合金硬金屬組合物的粘結(jié)劑移動(dòng)程度沒(méi)有多少或根本沒(méi)影響。同樣，燒結(jié)時(shí)間對(duì)粘結(jié)劑移動(dòng)程度也沒(méi)有多少或根本沒(méi)影響。一旦所得組合物達(dá)到全密度，粘結(jié)劑移動(dòng)便停止。由于“韌”和“硬”成分的收縮被均衡，該組合物燒結(jié)過(guò)程中的體積減小在各個(gè)方向上是相等的。這一結(jié)果使組合物在整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中保持其形狀，并保持平滑的“被燒結(jié)”表面狀態(tài)。
為了表現(xiàn)本發(fā)明分散性組合物與傳統(tǒng)組合物之間粘結(jié)劑移動(dòng)的不同機(jī)理，我們制作了具有圖3分散性組合物相同材料的傳統(tǒng)壓片組合物。為了與具有35％重量丸粒的分散性組合物的結(jié)果進(jìn)行比較，該壓片組合物也制成其一個(gè)壓片層占?jí)浩M合物重量的35％。
與傳統(tǒng)技術(shù)一致，在到達(dá)張力平衡之前，對(duì)壓片組合物的每一次加熱和重加熱都產(chǎn)生了鈷的移動(dòng)。盡管沒(méi)有添加潤(rùn)滑劑的分散丸粒也表現(xiàn)出鈷移動(dòng)，但其移動(dòng)量絕不像壓片組合物那樣大。而且，分散性組合物從未表現(xiàn)過(guò)重加熱時(shí)鈷還有移動(dòng)。因此，向分散性組合物中加入潤(rùn)滑劑以平衡收縮，使得移動(dòng)近乎為零。壓片組合物與分散性組合物這些結(jié)果之間的區(qū)別表現(xiàn)了粘結(jié)劑移動(dòng)的不同機(jī)理。
我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一個(gè)方程，基于各成分的收縮差別和各組分初始鈷含量來(lái)預(yù)測(cè)鈷移動(dòng)量。該方程由下式表示，其中鈷移動(dòng)量用硬組分中鈷含量的變化表示鈷移動(dòng) ＝Co(P)－Co(P)0(1)＝A*(1－P)*(Co(P)0－Co(M)0)＋B*(SHRINKD)(2)其中Co(P) ＝燒結(jié)的組合物中的丸粒內(nèi)的鈷含量Co(M)0＝基體內(nèi)的初始鈷含量Co(P)0＝丸粒內(nèi)的初始鈷含量P ＝丸粒的重量百分比SHRINKD＝丸粒和基體之間的收縮差A(yù)和B ＝由圖6衍生的常數(shù)方程(2)基于兩部分。第一項(xiàng)由各組分要均衡鈷含量的假設(shè)衍生而來(lái)，第二項(xiàng)是收縮差的效應(yīng)。
制作了15個(gè)不同的混合物，并分析了它們的鈷移動(dòng)。分析數(shù)據(jù)展現(xiàn)于圖6。利用統(tǒng)計(jì)方法，由圖6中積累的數(shù)據(jù)確定常數(shù)“A”和“B”。用圖6中數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到“A”和“B”值分別為-1.096287和0.46081。“A”和“B”這些值對(duì)95％以上統(tǒng)計(jì)都是有效的。
從方程(2)可以看出，當(dāng)Co(P)0等于Co(M)0時(shí)，粘結(jié)劑移動(dòng)的有效因子僅是收縮差。因此，當(dāng)收縮差減到0，就不會(huì)發(fā)生任何顯著的粘結(jié)劑移動(dòng)。當(dāng)Co(P)0不等于Co(M)0，通過(guò)變化收縮差使之足以抵消鈷移動(dòng)的自然趨勢(shì)，粘結(jié)劑移動(dòng)仍有可能減小到接近零。
為了生產(chǎn)具有所需組份和性質(zhì)及被控的粘結(jié)劑移動(dòng)的燒結(jié)組合物時(shí)，可用上面方程(2)來(lái)計(jì)算起始物中所需要的組份和需要的收縮差。
還發(fā)現(xiàn)，上面方程(2)可用于具有超過(guò)兩種成分的組合物和用于具有不同粘結(jié)劑如鈷，鎳或各粘結(jié)劑混合的組合物。當(dāng)每種成分使用不同的互溶性粘結(jié)劑時(shí)，該方程也可以使用。
圖7表示擠壓工具要求和達(dá)到所需收縮調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。在圖7所示實(shí)例中，基體和丸粒都含有6％鈷。根據(jù)方程(2)，為產(chǎn)生沒(méi)有鈷移動(dòng)的組合物，收縮差必須是零。
沒(méi)有添加潤(rùn)滑劑的丸粒生成的收縮曲線(xiàn)與基體生成的收縮曲線(xiàn)沒(méi)有交點(diǎn)。因此，沒(méi)有一點(diǎn)使得丸粒和基體之間的收縮差為零。
相比之下，添加潤(rùn)滑劑丸粒的收縮曲線(xiàn)與基體收縮曲線(xiàn)在16.5％收縮和每平方英寸10噸擠壓壓力處有交叉。因此，采用這些參數(shù)和這些成分設(shè)計(jì)的擠壓工具可以產(chǎn)生粘結(jié)劑移動(dòng)接近零的燒結(jié)組合物。
在上述說(shuō)明中，對(duì)于硬金屬組合物，碳化鎢被作為硬金屬的代表，而鈷被作為粘結(jié)劑的代表。應(yīng)該理解，本發(fā)明對(duì)使用其它硬金屬如碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮和這些碳化物的結(jié)合物以及這些碳化物與碳化鎢的結(jié)合物是同等有效的。還應(yīng)該理解，本發(fā)明對(duì)其它粘結(jié)劑如鐵，鎳和其它在燒結(jié)過(guò)程中形成液體的材料以及它們的混合物也是同等有效的。
在前面說(shuō)明中，已經(jīng)列舉了本發(fā)明某些優(yōu)選實(shí)例和具體實(shí)例，然而，本發(fā)明其它內(nèi)容可體現(xiàn)在其權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)處理所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末，使每種所說(shuō)硬金屬粉末在被擠壓和燒結(jié)時(shí)以近乎相同的體積百分比收縮；(c)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(d)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物。
2.一種形成燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)確定所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的收縮與所用壓力的關(guān)系；(c)提供足量的壓縮潤(rùn)滑劑給收縮較多的硬金屬粉末，使所說(shuō)每種硬金屬粉末在相關(guān)的擠壓中以近乎相同的速率收縮；(d)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(e)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所說(shuō)每種所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末包含碳化鎢和粘結(jié)劑，所說(shuō)壓縮潤(rùn)滑劑為至少所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一提供所說(shuō)充分的收縮調(diào)節(jié)以防止在相關(guān)的擠壓中所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末中收縮較少的那種中的所說(shuō)粘結(jié)劑的移動(dòng)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所說(shuō)粘結(jié)劑是鈷。
5.權(quán)利要求3的方法，其中所說(shuō)粘結(jié)劑是鎳。
6.權(quán)利要求3的方法，其中所說(shuō)粘結(jié)劑是鐵。
7.一種形成燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)提供足量的硬脂酸化合物壓縮潤(rùn)滑劑到至少是所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末其中之一中，使在相關(guān)的擠壓中所說(shuō)的每一種硬金屬粉末以近乎相同的速率收縮；(c)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(d)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所說(shuō)外部壓縮潤(rùn)滑劑是硬脂酸。
9.一種燒結(jié)的硬金屬組合物，含有均勻分布在第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)中的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)，所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末具有明顯不同的性質(zhì)，其中該組分類(lèi)型的完整性被保持到燒結(jié)之后，而且，所得組合物表現(xiàn)出第一種類(lèi)型硬金屬粉末和第二種類(lèi)型硬金屬粉末的硬性和韌性，其中至少所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一是處理過(guò)的，使得當(dāng)擠壓和燒結(jié)時(shí)每種所說(shuō)的硬金屬粉末以近乎相同的體積百分比收縮。
10.一種燒結(jié)的硬金屬組合物，含有均勻分布在第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)中的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)，所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末具有明顯不同的性質(zhì)，其中該組分類(lèi)型的完整性被保持到燒結(jié)之后，而且，所得組合物表現(xiàn)出第一種類(lèi)型硬金屬粉末和第二種類(lèi)型硬金屬粉末的硬性和韌性，其中至少在所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一中有硬脂酸化合物壓縮潤(rùn)滑劑。
11.權(quán)利要求10的組合物，其中所說(shuō)外部壓縮潤(rùn)滑劑是硬脂酸。
12.一種燒結(jié)的硬金屬組合物，含有均勻分布在第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)中的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)，所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末具有完全不同的性質(zhì)，其中該組分類(lèi)型的完整性被保持到燒結(jié)之后，而且，所得組合物表現(xiàn)出第一種類(lèi)型硬金屬粉末和第二種類(lèi)型硬金屬粉末的硬性和韌性，其中至少在所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一中有壓縮潤(rùn)滑劑，其中所說(shuō)的每種所說(shuō)的第一種類(lèi)型硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型硬金屬粉末含有碳化鎢和粘結(jié)劑，所說(shuō)壓縮潤(rùn)滑劑為至少所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一提供所說(shuō)充分的收縮調(diào)節(jié)以防止在相關(guān)的擠壓中所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末中收縮較少的那種中的所說(shuō)粘結(jié)劑的移動(dòng)。
13.權(quán)利要求12的組合物，其中所說(shuō)粘結(jié)劑是鈷。
14.一種燒結(jié)的硬金屬組合物，含有均勻分布在具有所提供的粘結(jié)劑的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)中的具有所提供的粘結(jié)劑的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)，其中至少在所說(shuō)第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之一中有足量的壓縮潤(rùn)滑劑，以控制燒結(jié)過(guò)程中由所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之間的收縮差造成的所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之間的粘結(jié)劑移動(dòng)。
15.權(quán)利要求14的硬金屬組合物，其中加入充足的潤(rùn)滑劑以平衡所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末之間的收縮差。
16.一種形成具有預(yù)先確定組分和性質(zhì)的燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將含有粘結(jié)劑的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到含有粘結(jié)劑的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)提供足量的壓縮潤(rùn)滑劑到至少是所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末其中之一中，以控制在燒結(jié)過(guò)程中由于所說(shuō)的硬金屬粉末之間的收縮差而造成的所說(shuō)硬金屬粉末之間的粘結(jié)劑移動(dòng)；(c)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(d)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物。
17.一種形成具有預(yù)先確定組分和性質(zhì)的燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將含有粘結(jié)劑的超微顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到含有粘結(jié)劑的較粗顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)提供足量的壓縮潤(rùn)滑劑到至少是所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末其中之一中，以控制在燒結(jié)過(guò)程中由于所說(shuō)的硬金屬粉末之間的收縮差而造成的所說(shuō)硬金屬粉末之間的粘結(jié)劑移動(dòng)；(c)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(d)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物，其中粘結(jié)劑移動(dòng)遵守下列方程A*(1－P)*(C(P)0－C(M)0)＋B*(SHRINKD)其中C(P)0＝初始粉末中所說(shuō)超微顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末中粘結(jié)劑含量的重量百分比；C(M)0＝初始粉末中所說(shuō)較粗顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末中粘結(jié)劑含量的重量百分比；P ＝所說(shuō)超微顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末的重量百分比；SHRINKD＝所說(shuō)超微顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末與所說(shuō)較粗顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末之間的收縮差；和A和B ＝常數(shù)，其值取決于粘結(jié)劑材料。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所說(shuō)粘結(jié)劑是鈷，常數(shù)A的數(shù)值為-1.096，常數(shù)B的數(shù)值為0.461。
19.權(quán)利要求16的方法，其中有超過(guò)兩種硬金屬組分被用于所說(shuō)的預(yù)混合硬金屬粉末。
20.一種形成具有預(yù)先確定組分和性質(zhì)的燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，包括下列步驟(a)將含有粘結(jié)劑的超微顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)均勻地分散到含有粘結(jié)劑的較粗顆粒尺寸等級(jí)的預(yù)混合硬金屬粉末的未燒結(jié)球團(tuán)中，形成混合粉末組合物；(b)提供充足的壓縮潤(rùn)滑劑到至少是所說(shuō)的第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末和所說(shuō)的第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末其中之一中，以控制在燒結(jié)過(guò)程中由于所說(shuō)的硬金屬粉末之間的收縮差而造成的所說(shuō)硬金屬粉末之間的粘結(jié)劑移動(dòng)；(c)壓縮所說(shuō)混合粉末組合物；及(d)燒結(jié)所說(shuō)混合粉末組合物，其中使用一種以上的粘結(jié)劑。
21.權(quán)利要求20的方法，其中粘結(jié)劑之一是鈷。
22.權(quán)利要求20的方法，其中所用粘結(jié)劑之一是鎳。
23.權(quán)利要求20的方法，其中所用粘結(jié)劑之一是鐵。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成燒結(jié)的硬金屬組合物的方法，其中第一種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)被均勻地分散到第二種類(lèi)型的預(yù)混合硬金屬粉末未燒結(jié)球團(tuán)中。這兩種預(yù)混合硬金屬粉末構(gòu)成一個(gè)混合粉末組合物，接著被壓縮和燒結(jié)形成分散性合金硬金屬組合物。供給預(yù)混合硬金屬粉末之一以足夠的壓縮潤(rùn)滑劑使在擠壓過(guò)程中每種硬金屬粉末相對(duì)于所用壓力以近乎相同的速率收縮。在燒結(jié)過(guò)程中收縮較多的那種硬金屬粉末中加入壓縮潤(rùn)滑劑。通過(guò)使各類(lèi)型粉末組分收縮均勻一致，粘結(jié)劑從一種類(lèi)型組分到另一種類(lèi)型組分的移動(dòng)被最小化。因此，由于各類(lèi)型組分保持了其原有的完整性，而使混合粉末組合物獲得優(yōu)越的性能。此外，各粉末組分的均勻收縮防止了“燒結(jié)中”表面的不規(guī)則表面的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)B22F1/00GK1131400SQ9419341
公開(kāi)日1996年9月18日 申請(qǐng)日期1994年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月16日
發(fā)明者杰克·克若爾, 安德斯·歐森 申請(qǐng)人:創(chuàng)業(yè)者產(chǎn)品公司